Cuộc đua phát triển kết nối 5G

VŨ ANH (BIÊN DỊCH)

Thứ tư, 19/12/2018 - 02:01 PM (GMT+7)
Font Size   |         Print

Các kỹ sư của Tập đoàn công nghệ Samsung phát triển hệ thống kết nối 5G. Ảnh: IEEE SPECTRUM

Ngày nay, nhu cầu sử dụng mạng di động nhanh và ổn định hơn đang đòi hỏi phải hình thành mạng internet không dây thế hệ thứ năm (5G). Với tốc độ nhanh hơn gấp từ 10 - 20 lần mạng 4G, mạng 5G được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ mới trong nền kinh tế 4.0 như tự động hóa, thực tế ảo hay internet vạn vật…

Bước ngoặt lớn của mạng di động

Dường như đã có một chu kỳ, cứ hơn 10 năm là một thế hệ công nghệ di động mới lại xuất hiện. Mạng di động đầu tiên xuất hiện vào những năm 80 của thế kỷ trước, tiếp theo là GSM vào thập niên 90, mạng 3G xuất hiện vào đầu thế kỷ 21. Mới đây nhất là sự phổ biến của mạng 4G trong năm 2010. Mỗi thế hệ mới đều cố gắng khắc phục các điểm yếu của mạng tiền nhiệm, như GSM đã nâng cấp hệ thống bảo mật của mạng điện thoại thời kỳ đầu, sau đó sự thiếu hụt dữ liệu di động GSM được 3G khỏa lấp, cuối cùng 4G đã đem lại cho người dùng mạng di động tốc độ nhanh hơn và tiêu tốn ít dữ liệu hơn.

Giờ đây, sự ra đời của mạng di động thế hệ thứ năm là bước ngoặt của thời đại mới, hứa hẹn mang lại thay đổi lớn tiếp theo. Những công ty viễn thông lớn trên thế giới hy vọng sẽ chính thức ra mắt mạng 5G vào đầu năm 2020. Hiện các công ty công nghệ đang hợp tác nghiên cứu và thử nghiệm để tìm ra định nghĩa, cũng như quy chuẩn chính xác cho 5G. Nhưng tất cả đều nhất trí về một số điểm chung: Khi số lượng người dùng di động và nhu cầu dữ liệu tăng lên, thách thức mới đặt ra cho 5G là phải xử lý lưu lượng truy cập nhiều hơn với tốc độ cao hơn nhiều so mạng di động 4G hiện tại.

Ưu thế lớn nhất của mạng 5G so 4G nằm ở tốc độ vượt trội và đặc biệt là độ trễ tối thiểu trong quá trình lưu thông dữ liệu. Độ trễ là thời gian xử lý của mạng internet trước yêu cầu của người dùng khi bắt đầu các hoạt động tương tác như nhấp vào liên kết, hoặc bắt đầu truyền phát video trên điện thoại... Với mạng 5G, độ trễ chỉ là 17 ms (mili giây) so 116 ms của mạng 4G và mang lại tốc độ tải xuống tối đa 20 Gb mỗi giây (so 1 Gb mỗi giây trên 4G) cho người dùng. Để đạt được tốc độ tuyệt vời cho cùng lúc nhiều thiết bị thông minh, công nghệ 5G yêu cầu dải tần số từ 30 - 300 GHz.

Để bảo đảm tốc độ tiêu chuẩn và khắc phục yếu điểm của 5G, các nhà mạng phải phát triển cơ sở hạ tầng có đủ ba yếu tố cơ bản. Trước tiên là gia tăng số lượng cột antena phát sóng, hỗ trợ rút ngắn khoảng cách truyền tín hiệu từ các trạm thu phát tới các thiết bị di động. Tiếp đó là những trạm tín hiệu 5G này phải hỗ trợ hàng trăm cổng thu phát (gọi tắt là MIMO). Như vậy, cùng lúc mỗi trạm có thể gửi và nhận tín hiệu từ nhiều người dùng hơn, tăng dung lượng của mạng di động lên gấp 22 lần. Cuối cùng, để mỗi trạm thu phát MIMO hoạt động tối ưu, các nhà mạng đưa ra hai giải pháp công nghệ là định hướng sóng (Beamforming) và song công toàn phần (Full Duplex). Do lưu lượng thông tin vào ra khổng lồ dễ dẫn tới nhiễu loạn, mỗi trạm phải có công nghệ định hướng sóng nhằm xác định, phân loại chính xác thông tin của từng người dùng cụ thể và giảm nhiễu sóng cho thiết bị của người khác. Trong khi đó, công nghệ song công sẽ phân luồng dữ liệu, giúp người dùng mạng có thể cùng lúc vừa gửi vừa nhận thông tin trong khoảng thời gian trễ ngắn nhất.

Theo các nhà phân tích mạng, có tới 55% lưu lượng truy cập internet di động trên toàn cầu trong năm 2015 là để tải các video và xu hướng này sẽ tăng nhanh trong tương lai. Bởi vậy, lĩnh vực đầu tiên hưởng lợi chính là ngành công nghiệp giải trí khi mạng không dây 5G cho phép tải về các dữ liệu video lớn chỉ trong vài giây. Tiếp đó là nền tảng kết nối internet vạn vật (IoT) sẽ bùng nổ khi mạng 5G được sử dụng rộng rãi. Người dùng sẽ được trải nghiệm các thiết bị thông minh kết nối ổn định và tốc độ cao, sống trong các ngôi nhà và thành phố thông minh có khả năng đáp ứng những nhu cầu thiết yếu. Chỉ đơn cử việc sử dụng 5G ở lĩnh vực y tế, cánh tay robot sẽ hoạt động ổn định, chính xác hơn trong phẫu thuật, hoặc máy bay không người lái kết nối nhanh hơn trong công tác tìm kiếm, cứu nạn. Từ đó có thể thấy ưu điểm của 5G quan trọng ra sao, nhất là trong những tình huống mà mạng sống con người được quyết định chỉ trong vài giây.

Mạng 5G không chỉ phục vụ hiệu quả nhu cầu mỗi cá nhân, mà còn đặc biệt quan trọng với nền kinh tế 4.0. Nó có khả năng cách mạng hóa các lĩnh vực khác như năng lượng, sản xuất công nghiệp nặng, nông nghiệp công nghệ cao và giao thông vận tải. Các doanh nghiệp sử dụng 5G có thể chuyển từ kết nối có dây sang không dây trong nhiều môi trường công nghiệp. Điều này sẽ giảm chi phí lắp đặt và tăng tính linh hoạt, đặc biệt trong các quy trình sản xuất tự động hóa cao. Thí dụ như trong một nhà máy lắp ráp ô-tô tự động hóa, kết nối 5G giúp nâng cấp tốc độ cho mạng lưới điều khiển, phối hợp hoạt động của máy móc. Trong trường hợp các máy móc cần lập trình và cài đặt mới các bản cập nhật phần mềm, mạng 5G có thể giảm thời gian thực hiện quy trình này, do đó giảm thời gian đình trệ, giúp nhà máy trở lại sản xuất nhanh hơn.

Với mỗi sản phẩm ô-tô tự lái, việc sử dụng mạng 5G cũng đem lại hiệu suất cao và an toàn hơn. Trong tương lai, ô-tô có thể nhanh chóng xác định các biển báo giao thông thông minh, những vật thể chung quanh và các phương tiện khác trên đường. Mỗi mili giây đều quan trọng đối với phương tiện tự lái, vì quyết định phải được đưa ra trong tích tắc để tránh va chạm và bảo đảm an toàn cho hành khách.

Cuộc cách mạng kết nối không dây

Công nghệ 5G hiện đang được các công ty viễn thông và chính phủ trên khắp thế giới coi như điều kiện tiên quyết phải tiến hành nếu muốn tăng tốc trong lĩnh vực công nghệ không dây. Trong số những quốc gia đi đầu về lĩnh vực này phải kể đến Hàn Quốc, Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ và một số nước trong Liên hiệp châu Âu (EU).

Lần ra mắt công khai và quan trọng nhất của mạng 5G cho đến nay chính là tại Thế vận hội mùa đông diễn ra đầu năm 2018 tại Hàn Quốc. Tập đoàn viễn thông hàng đầu của nước này Korea Telecom (KT) đã sử dụng 5G để chiếu video trực tiếp các sự kiện quan trọng của Thế vận hội lên một màn hình khổng lồ trên xe bus. Tháng 4-2018, đại diện của hãng KT cho biết số lượng trạm thu phát tín hiệu của mạng 5G ở nước này hiện đã tăng gấp bốn lần so các trạm thu phát công nghệ 4G.

Là đất nước đi đầu trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao, hai nhà khai thác mạng lớn của Mỹ như AT&T và T-Mobile cũng đã nhanh chóng mua lại và phát triển công nghệ cho phép triển khai 5G quy mô nhỏ. Đầu năm 2018, hãng AT&T đã mua lại một công ty chuyên nghiên cứu và thử nghiệm phát sóng vô tuyến ở dải tần thấp, điều kiện cần thiết để phát triển mạng 5G. Một đại diện AT&T từng tuyên bố rằng, đến hết năm 2018, khoảng 10 thành phố của Mỹ sẽ được phủ sóng 5G.

Mặc dù chưa thể vượt qua vị trí số một của Hàn Quốc trong lĩnh vực phát triển 5G, nhưng Trung Quốc đã vượt qua Mỹ nhờ vào nhiều khoản tiền đầu tư sớm cho các thử nghiệm 5G. Theo một báo cáo gần đây của công ty tư vấn Deloitte (Anh), Trung Quốc đã vượt qua Mỹ nhờ khoản đầu tư 24 tỷ USD kể từ năm 2015 và xây dựng 350.000 trạm thu phát sóng điện thoại di động mới, vượt xa so con số khoảng 30.000 trạm ở Mỹ. Hiện tại, các tập đoàn ở Trung Quốc đang lên kế hoạch trên quy mô lớn, thúc đẩy sự thống trị toàn cầu trong lĩnh vực mạng 5G. Vào đầu năm 2018, công ty nghiên cứu thị trường Analysys Mason (Anh) cho biết, tất cả nhà cung cấp mạng lớn của Trung Quốc đã thông báo ngày ra mắt cụ thể và chính phủ nước này đã cam kết hỗ trợ cho mỗi nhà cung cấp dịch vụ không dây.

Cho tới nay, có thể coi 5G là một trong những công nghệ kết nối không dây tinh vi nhất từng được phát triển. Nó sẽ cách mạng hóa toàn bộ khu vực công nghệ không dây trở nên hiệu quả và an toàn hơn. Chắc chắn tác động của 5G lên sự phát triển kinh tế - xã hội là cực kỳ lớn, và các nước phát triển hàng đầu sẽ phải nỗ lực đón đầu để không trở thành “người về sau” trong cuộc đua công nghệ này.